6. Основные виды и электрические характеристики внутренней изоляции.

Лекция№1

6.1. Общие свойства внутренней изоляции.

6.1.1.Определение понятия «внутренняя изоляция»

Внутренней изоляцией называют те элементы или участки электроизоляционной конструкции, в пределах которых изоляционные промежутки между проводниками заполнены газообразными, жидкими или твердыми диэлектрическими материалами или их комбинацией, но не атмосферным воздухом.

Изоляционные промежутки в атмосферном воздухе составляют внешнюю изоляцию.

Всем видам внутренней изоляции присущие некоторые общие свойства, которые отличают их от внешней изоляции. Эти свойства внутренней изоляции связаны с особенностями твердых и жидких диэлектрических материалов.

Во-первых, эти материалы обладают значительно большей электрической прочностью (в 5-10 раз и более) по сравнению с воздухом, что позволяет резко сократить изоляционные расстояния между проводниками.

Во-вторых, внутренняя изоляция или ее отдельные элементы выполняют функцию механического крепления проводников, находящихся под напряжением. Эту функцию могут выполнять только детали из твердого диэлектрика, обладающего необходимой механической прочностью.

В-третьих через внутреннюю изоляцию всегда осуществляется отвод тепла, выделяющегося при прохождении рабочих токов. Использование жидких диэлектриков позволяет в ряде случаев значительно улучшить условия охлаждения за счёт естественной или принуждённой циркуляции изоляционной жидкости.

В установках высокого напряжения наиболее широкое распространение получили следующие виды изоляции: бумажно-маслянная и маслобарьерная, изоляция на основе слюды, полимерная, литая эпоксидная и некоторые другие. Эти разновидности внутренней изоляции обладают разными характеристиками, каждая из них имеет определенные достоинства и недостатки, свои области применения. Однако их объединяют некоторые общие свойства:

сложный характер зависимости электрической прочности от длительности воздействия напряжения;

в большинстве случаев необратимость разрушения при пробое;

влияние на поведение в эксплуатации механических, тепловых и других внешних воздействий.

6.1.2.Зависимость электрической прочности внутренней изоляции от длительности воздействия напряжения.

Зависимость пробивного напряжения U_пр от времени  приложения напряжения показана на рис.1

Сложный характер этой зависимости объясняется тем, что при разных временах  процессы в изоляции, приводящие к пробою, имеют различную природу.

Следует заметить, что при любом значении времени  пробивное напряжение U_пр- величина случайная.

Рис.1 Зависимость пробивного напряжения U_пр внутренней изоляции от времени воздействия напряжения .

Зависимость может быть разделена условно на четыре участка A, B, C, D, границы которых указаны ориентировочно. Для отдельных изоляционных конструкций эти границы могут сдвигаться как вправо, так и влево.

Участок A ( = 10^-6  10^-2 с) – участок с чисто электрическим пробоем изоляции, обусловленный ударной ионизацией.

Участок B ( = 10^-2  10² с ) характерен для жидких диэлектриков с твердыми примесями, которые неизбежно присутствуют в технически чистых жидких диэлектриках. Наличие твердых примесей приводит к увеличению напряженности на отдельных участках жидкого диэлектрика. Под действием электрического поля примесные частицы смещаются в области повышенных напряжённостей. Чем больше время , тем дальше смещаются частицы и тем ниже U_пр. То есть на этом участке возникает электрический пробой, связанный с перемещением примесей твёрдых частиц в жидком диэлектрике.

Участок C (=10²10⁴)с – область теплового пробоя.

Участок D (>10⁶)c – область, в которой пробой постепенно подготавливается медленно протекающими процессами электрического старения изоляции. Главной причиной такого старения являются частичные разряды, возникающие в газовых включениях (порах, трещинах и др.), оставшихся в изоляции при изготовлении или появившиеся в процессе эксплуатации

Электрическая прочность внутренней изоляции при всех временах  должна быть выше возможных в эксплуатации электрических воздействий.

Пример правильного согласования уровней электрической прочности изоляции с уровнями воздействия напряжения показан на рис. 2

Здесь кривая а показывает, что изоляция выдерживает грозовые –1 и внутренние –2 перенапряжения и при этом имеет срок службы  не менее требуемого.

Кривая б аналогично кривой а, но изоляция, соответствующая кривой б имеет срок службы меньше _тр. Кривая 3 соответствует рабочему напряжению.

Рис.2 Согласование электрической прочности внутренней изоляции с воздействующими напряжениями.